Новые исследования могут помочь объяснить интригующее явление внутри человеческих клеток: как без стенные жидкие органеллы могут сосуществовать как отдельные сущности, а не просто сливаться вместе.
Эти структуры, называемые немембранными органеллами, представляют собой жидкие капли, изготовленные из белков и РНК, причем каждая капля содержит оба материала. Органеллы играют решающую роль в организации внутреннего содержания клеток и могут служить центром биохимической активности, рекрутируя молекулы, необходимые для осуществления необходимых клеточных реакций.
Но как разные капли остаются отдельно друг от друга, остается загадкой. Почему бы им навсегда не объединиться, чтобы образовывать капли побольше?
"Эти органеллы не имеют мембраны, и, следовательно, обычная интуиция подсказывает, что они могут смешиваться"
Капли не будут легко смешиваться, если они примут гелеобразное состояние.
Результаты исследования указывают на химическую структуру белка и молекул РНК в каплях в качестве одного из ключевых факторов, которые могут препятствовать смешиванию.
Группа ученых обнаружила, что некоторые типы РНК и белков являются более "липкими", чем другие, что позволяет им формировать желатиновые капли, которые не легко слипаются с другими каплями в том же вязко упругом состоянии. В частности, капли с большей вероятностью будут похожи на гель, когда они содержат молекулы РНК, богатые структурным блоком под названием пурпур, и белки, богатые аминокислотой под названием аргинин.
Экспериментов в клетках не проводилось. Вместо этого, результаты были основаны на тестах, проведенных на модельных системах, состоящих из РНК и капель образующего белка, называемого плавающей в буферном растворе саркомой (FUS).
Одной из причин, по которой FUS представляет интерес для исследователей, является его потенциальная связь с нейродегенеративным заболеванием бокового амиотрофического склероза (ALS). Как объясняют ученые, богатые аргинином белковые молекулы ассоциируются с распространенной формой болезни, известной как c9orf72 - опосредованная ALS.
"Результаты исследований указывают на особую роль богатых аргинином белков в определении состояния материала - жидкого по сравнению с гелем - безмембранных органеллл. Это исследование может быть важным для понимания того, как богатые аргинином белки, связанные с ALS, могут изменить вязко упругое состояние богатых РНК MLOs."
В дополнение к объяснению того, почему MLO сопротивляются смешиванию (из-за повышенной вязко упругости), в исследовании проведена роль РНК в образовании и растворении жидких органелл, содержащих FUS.
Исследование показало, что для изучаемого типа капель добавление низких концентраций РНК в раствор, содержащий белки, приводит к образованию капель. Но по мере добавления все большего количества РНК капли растворялись.
"Обычно есть очень маленькое окно, где такие капли существуют, но окно значительно шире для богатых аргинином белков.
Хотя команда использует модельные системы для изучения индивидуальных свойств капель, вероятно, что многие силы работают вместе в клетке, чтобы определить поведение и функцию органеллл. Существует множество других механизмов, которые, например, приводят к желатиновому состоянию MLO или иным образом препятствуют их смешиванию.
"Клетки чрезвычайно сложны, и многие молекулы проходят через различные процессы, которые объединяются в одно и то же время, чтобы повлиять на то, что происходит внутри MLO. Используя модельные системы, ученые могут лучше понять, как одна конкретная переменная может влиять на образование и растворение этих органелл. И мы ожидаем увидеть те же самые силы в природе, внутри клеток."